基于模糊综合评判的双孢菇微波膨化工艺优化

刘素稳，常学东，赵希艳，王振

（河北科技师范学院食品科技学院，河北昌黎 066600）

双孢菇（Agaricus bisporus）具有食用、保健功效。其菌肉肥嫩，味道鲜美，营养丰富，既是一种高档的菌类蔬菜，又是一种有保健作用的营养食品[1]。享有“保健食品”和“素中之王”美称。深受市场，尤其是国际市场的青睐。

果蔬脆片是近年来开发的一种果蔬加工的新形式。目前果蔬脆片的加工多采用真空油炸的方法，油炸不仅要耗费大量的食用油，而且脆片含油量高达20%以上，长期食用会给人们的健康带来问题，同时油炸处理会造成油脂的酸败，货架期短。微波是食品加工的一种重要手段，物料在微波加热过程存在膨化效应，能产生巨大的膨压使果蔬物料组织膨胀，形成多孔的海绵状果蔬脆片，同时还具有杀菌、利于保持食品营养素及色香味、省时节能等特点[2-3]。前人对果蔬微波膨化方面做了一些研究，如韩清华[4]对膨化苹果脆片进行了研究。毕金峰等[5-8]对菠萝、哈密瓜，柑橘，马铃薯等进行了变温压差膨化干燥工艺优化，胡晓浩[9]对荸荠片进行了微波膨化。Sullivan[10-11]确定了马铃薯和胡萝卜的膨化干燥最佳生产工艺。

目前尚未发现对双孢菇进行微波膨化方面的的系统研究。本试验主要运用微波干燥技术对双孢菇的膨化工艺进行试验，通过研究发现微波膨化结果的各种指标对工艺的参数优化要求有差别，针对此问题，应用模糊综合评判法对双孢菇微波膨化结果的各种指标进行多目标综合优化，得到同时兼顾膨化的各种指标较优的工艺参数[12－15]。从而为生产出高品质的双孢菇的膨化脆片提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料

双孢菇：购于农贸市场，要求新鲜、完整、结构紧凑，无损伤，无腐烂，成熟度和大小均匀，鲜菇含水率为（93.23±2）%。

1.2 仪器

WLD07S－11型微波设备：南京三乐微波技术发展有限公司；101－1－BS电热鼓风干燥箱：2400 W：上海跃进医疗器械厂；PB3002－N电子天平：上海梅特勒公司；FA－200切片机：广东省南海市德丰电子设备厂；食品物性分析仪：美国FTC，TMS－PRO。

1.3 方法

工艺流程：双孢菇→清洗→切片→护色→预处理→微波干燥膨化。

用清水冲洗蘑菇表面，去除泥沙及杂质，去掉菌柄，切成厚度4 mm～12 mm的薄片。因新鲜双孢菇片在空气中放置极易发生褐变，需进行护色处理。护色液由质量分数0.3%柠檬酸、0.5%亚硫酸氢钠、0.5%氯化钙、0.2%食盐配置成，浸泡时间为2 h[16]。取出，冲洗干净。将沥干的双孢菇片放入烘箱，温度保持在40℃～80℃干燥2 h～4 h后取出，于密闭容器中放置12 h，均水处理使双孢菇片的水分均匀一致。将处理后的双孢菇片进行微波干燥膨化，膨化终点时双孢菇片含水率小于10%。测试在不同微波功率、物料厚度和初始含水率的条件下，双孢菇片的膨化指标。

1.4 测定方法

1.4.1 膨化度的测定

膨化度反映了双孢菇片的膨化效果，测定双孢菇片膨化前的体积和干燥膨化到含水率小于10%的体积，双孢菇片体积测定采用细沙排除法，以细沙为置换介质，粒度大小控制在0.3 mm～0.6 mm范围内[17]。

式中：V1为细沙加物料体积；V2为细沙体积。

式中：Va为膨化后体积；Vb为膨化前体积。

1.4.2物性的测定

质构测定参数：采用TPA模式测定膨化后产品的硬度、脆度和咀嚼性（适口性），采用直径2 mm的圆柱形平底探头，测定速度2 mm/s，压缩60%，2次压缩间隔2 s，触发力0.5 N。质构参数及定义见表1。

表1 质构分析参数及定义Table 1 Parameters and definition of texture analysis

1.4.3 双孢菇片感官评定

按照感官评定标准（详见表2）进行打分，采用排序检验法。

表2 膨化双孢菇片感官评定标准Table 2 Graded standard of sense quality for Agaricus bisporus

1.4.4 多目标综合评判法

要同时得到较高品质的双孢菇脆片，不能只考虑一个指标。所以通过模糊综合评判法对双孢菇微波膨化的膨化度、硬度、脆度、感官和咀嚼性等各指标进行多目标综合评判，寻找比较合理的膨化工艺参数组合。

1.4.5 双孢菇微波膨化工艺优化试验

根据Box－Behnken中心组合试验设计原理，综合单因素试验结果，选取影响双孢菇片的主要因素，初始含水量（X1），切片厚度（X2），微波功率（X3）作为输入变量，膨化度（Y1）、硬度（Y2）、脆度（Y3）、感官得分（Y4）、咀嚼度（Y5）为输出指标，以评价函数 D 为响应值，进行3因素5水平响应面分析试验，优化双孢菇脆片的工艺条件。试验设计见表3。

表3 响应面分析因子及水平表Table 3 Factors and levels of response surface method（RSM）analysis

1.5 数据分析

所有试验均进行三次重复，数据分析用design expert 7.0进行二次多项式回归分析。

2 结果与分析

2.1 试验方案及结果

应用响应面法进行过程优化，采用Box－Behnken中心组合试验设计方案以 X1、X2、X3为自变量，Y1、Y2、Y3、Y4和Y5及模糊综合评判结果D为响应值，试验方案及结果见表4。

表4 Box-Behnken试验设计方案及结果Table 4 Design and results of Box-Behnken experiments

2.2 模糊综合评判

2.2.1 建立评判对象集

U={u1，u2，…，un}，即为 Box－Behnken 中心组合试验的20组试验。

2.2.2 建立评判因素集

以双孢菇微波膨化的膨化度、硬度、脆度、感官和咀嚼性等指标为评判因素，建立评判因素集X={x1，x2，…，xn}={x1，x2，x3，x4，x5}，式中：x1为膨化度，x2为硬度，x3为脆度，x4为感官评分，x5为咀嚼性。

2.2.3 建立隶属函数模型

2.2.3.1 特征指标膨化度的隶属函数

当双孢菇微波膨化的膨化度越大时，其产品品质越好。结合表4，此时隶属函数符合梯形分布下限型，构造膨化度的隶属函数如下：

2.2.3.2 特征指标硬度的隶属函数

当双孢菇微波膨化的硬度越小时，其产品品质越好。结合表4，此时隶属函数符合梯形分布上限型，构造硬度的隶属函数如下：

2.2.3.3 特征指标脆度的隶属函数

当双孢菇微波膨化的脆度越小时，其产品品质越好。结合表4，此时隶属函数符合梯形分布上限型，构造脆度的隶属函数如下：

2.2.3.4 特征指标感官的隶属函数

当双孢菇微波膨化的感官评分越大时，其产品品质越好。结合表4，此时隶属函数符合梯形分布下限型，构造感官评分的隶属函数如下：

2.2.3.5 特征指标咀嚼性的隶属函数

当双孢菇微波膨化的咀嚼性越小时，其产品品质越好。结合表4，此时隶属函数符合梯形分布上限型，构造咀嚼性的隶属函数如下：

2.2.4 建立权重集

为了进行合理的评价,还必须对评价因素集合的各因素的各个水平赋以一个合理的权重因子（重要程度因子）。权重因子通过试验结果来确定，根据德尔菲法（Delphi technique）[13－18]，并综合考虑试验指标的重要程度，确定评判中的权重分配为：A={a1，a2，…，an}={a1，a2，a3，a4，a5}={0.23，0.18，0.18，0.23，0.18}。其中，

2.2.5 模糊评判的计算

分别将表4试验结果带入隶属函数中得到评价矩阵，选取评价函数为

式中：D为模拟评判结果；aj为权重系数；j为权重编号，j=1，2，3，4，5；x 为评判因素；i=1，2，3，…，20。其结果见表4。

2.3 回归方程及其参数分析

初始含水量X1、切片厚度X2、膨化功率X3为自变量，经统计软件分析，建立模糊综合评判D的回归模型，回归方程为：

回归分析与方差分析见表5，临界值优化见表6。

进一步对回归方程进行分析，其系数显著性结果见表5。

表5 回归模型及方差分析Table 5 Regression model and Analysis of variance（ANOVA）

由表5可知，此模型的P＜0.01，响应面回归模型达到极显著水平。相关系数R2=0.963 6，说明此方程在本试验中有意义,模型能够反应响应值变化，试验误差小，可以用此模型进行分析和预测。各项数据分析表明该模型失拟不显著，说明残差由随机误差引起，因此该二次方程能够较好地拟合真实的响应面。由F检验可以得到因子贡献率为：X3＞X1＞X2，即微波功率＞初始含水量＞切片厚度。

通过计算机模拟，临界优化结果为：膨化度208%，硬度2.74 N，脆度2.48 N，感官指标9.4，咀嚼性0.5 mJ，其综合评判指标为0.989 4。各项指标的回归方程为：

相关系数R2=0.903 9，表明膨化度90.39%的数据可以用这个方程解释。相关系数R2=0.932 5，表明硬度93.25%的数据可以用这个方程解释。相关系数R2=0.952 0，表明脆度95.20%的数据可以用这个方程解释。相关系数R2=0.935 8，表明感官93.58%的数据可以用这个方程解释。相关系数R2=0.962 5，表明咀嚼性96.25%的数据可以用这个方程解释。因此该二次方程能够较好的拟合真实的响应面。

2.4 优化工艺参数确定及验证

为了进一步确证计算机模拟得到最佳点的值，对所得的回归方程取一阶偏导等于零并整理换算成试验条件：微波功率360 W切片厚度10 mm初始含水率36.63%。结合实际生产，如表6。

表6 D的临界值优化结果Table 6 Critical value optimization for D

取最佳反应条件微波功率为，360 W、切片厚度10 mm、初始含水率36.6%，取3次验证试验平均值，测得膨化度206%，硬度2.72 N，脆度2.46 N，感官指标9.5，咀嚼性0.56 mJ，与模拟计算机值基本接近，表明预测值和真实值之间有很好的拟合性，进一步验证了模型的可靠性。产品综合品质良好，达到了较为理想的效果，通过对指标综合评比优化，达到了多目标同时优化的目的。

3 结论

1）应用模糊综合评判法对双孢菇微波膨化工艺参数进行多目标综合优化，即同时兼顾膨化度（Y1）、硬度（Y2）、脆度（Y3）、感官得分（Y4）、咀嚼度（Y5）等指标。并建立了相应的数学模型。

通过Box－Behnken中心组合响应面设计，初始含水量（X1），切片厚度（X2），微波功率（X3）作为输入变量，模糊评判结果D为综合指标，进行3因素的回归模型（P＜0.01）。比较分析了3个因素对双孢菇膨化影响大小，依次为微波功率（X3）＞初始含水量（X1）＞切片厚度（X2）并对模型检验，证明该模型在本试验条件下能反映双孢菇膨化过程的内部规律。

2）通过计算机模拟，结合实际生产情况得出双孢菇脆片的最佳膨化工艺为，切片的厚度10 mm，微波功率360 W，初始含水量36.6%，此时膨化度206%，硬度2.72 N，脆度2.46 N，感官指标9.5，咀嚼性0.56 mJ，重复性试验结果较好。在最佳工艺下获得的双孢菇片色泽较好，表面平整；片薄质松，入口即溶，口感细腻无杂质，具有双孢菇特有的浓香气味。

：

[1]赵行文.双孢菇的营养价值及栽培技术[J].中国林副特产,2006,(3)51－52

[2]彰化,梅婷,晓龙.微波加工白薯脆片的研究[J].食品科学,1995,16(11):20－23

[3]李清明,谭兴和,申双贵,等.食品微波膨化技术研究进展[J].包装与食品机械,2003,21(4):13－19

[4]韩清华,李树君,马季威.微波真空干燥膨化苹果脆片的研究[J].农业机械学报,2006,37(8):155－158

[5]毕金峰,方蕾,丁媛媛,等.菠萝变温压差膨化干燥工艺优化[J].农业工程学报,2009,25(10):334－339.

[6]毕金峰,魏益民,王杕,等.哈密瓜变温压差膨化干燥工艺优化研究[J].农业工程学报,2008,24(2):232－237

[7]毕金峰.影响柑橘变温压差膨化干燥的因素研究[J].中国农业大学学报,2008,13(5):40－47

[8]毕金峰.响应面分析法优化马铃薯变温压差膨化干燥工艺研究[J].食品科学,2007,28(11):236－240

[9]胡晓浩,荸荠片热风及微波膨化干燥加工工艺的研究[D].合肥工业大学硕士论文,2007:6

[10]Sullivan J F,Konstance R P,Dellamonica E S,et al.Carrot dehydration－optimization process studies on the explosion－puffing process[J].Journal of Food Science,1981,46:1537－1542

[11]Sullivan J F,Konstance R P,Aceto N C,et al.Continuous explosion of potatoes[J].Food Sci,1977,42:1462

[12]李杨,江连洲,张兆国,等.模糊评判优化水酶法提取膨化大豆油脂和蛋白[J].农业工程学报,2010,26(2):375－380

[13]彭帮柱,岳田利,袁亚宏,等.基于模糊综合评判的苹果酒酵母优选技术研究[J].农业工程学报,2005,21(12):163－166

[14]谢守勇,宋亚杰,陈翀.金莲花生长发育需水模糊评判模型研究[J].农业工程学报,2008,24(1):64－67

[15]戴天红,曹崇文.谷物干燥研究中的模糊数学方法[J].农业工程学报,1996,12(3):46－51

[16]何俊萍,李建中,苑社强,双孢菇加工前变色反应及其色泽控制[J].河北农业大学学报,2002,25(3):54－56

[17]Sham P W Y,Scaman C H,Durance T D.Texture of vacuum microwave dehydrated apple chips as affected by calcium pretreatment,vacuum level,and apple variety[J].Journal of Food Science,2001,66(9):1 341－1 347

[18]Williams P L,Webb C.The Delphi technique:a methodological discussion[J].Journal of a dvanced n ursing,1994,19:180－186